通信設(shè)備PAC模塊式開(kāi)關(guān)電源的原理與維修

     PAC模塊式開(kāi)關(guān)電源（以下簡(jiǎn)稱PAC模塊電源）是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的新型電子部件，目前廣泛應(yīng)用于程控交換機(jī)和微波通信設(shè)備中。滿足了通信設(shè)備中各種數(shù)字電路和模擬電路對(duì)于二次電源的各種技術(shù)要求。 由于大多數(shù)PAC模塊電源生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)制作時(shí)，就將其視為一次性使用部件，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，則整體報(bào)廢，根本不考慮對(duì)其維修的可能性。在電路裝配中，許多廠家將元件裝在印板上后先進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試合格后放入具有散熱和屏蔽雙重作用的銅盒內(nèi)，再用導(dǎo)熱硅橡膠將全部電路澆濤為一個(gè)整體。所以，PAC模塊電源如有損壞，修復(fù)是十分困難的。本文擬就單端驅(qū)動(dòng)PAC模塊電源的原理和維修作一些初步探討。

一、PAC模塊電源的工作原理

    筆者對(duì)數(shù)十只PAC模塊電源的實(shí)際電路進(jìn)行剖析后考察發(fā)現(xiàn)，PAC模塊電源大致有兩種基本工作方式：一種是脈沖寬度調(diào)制（PWM）驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源，其特點(diǎn)是固定開(kāi)關(guān)脈沖的頻率，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)占空比；另一種是脈沖頻率調(diào)制（PFM）驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源，其特點(diǎn)是固定開(kāi)關(guān)脈沖寬度，利用改變開(kāi)關(guān)脈沖頻率的方法來(lái)調(diào)節(jié)占空比。雖然兩者的工作原理稍有不同，但作用和效果都是一樣的，均可達(dá)到穩(wěn)壓的目的。除極少數(shù)產(chǎn)品外，PAC模塊電源幾乎都采用PWM控制方式。

    環(huán)形高頻開(kāi)關(guān)變壓器或者EFD形開(kāi)關(guān)變壓器有兩種用途：（1）利用初、次級(jí)的不同匝數(shù)比，可使次組回路取得不同電壓；（2）使初、次級(jí)直流通路做到完全隔離。開(kāi)關(guān)管Q基本上都采用高頻功率場(chǎng)效應(yīng)管，驅(qū)動(dòng)芯片IC，除根據(jù)負(fù)載大小和輸入電壓高低輸出能相應(yīng)地控制功率場(chǎng)效應(yīng)管柵極的調(diào)寬波外，還具有過(guò)流檢測(cè)、過(guò)壓檢測(cè)、軟啟動(dòng)等功能。IC的輔助功能視其型號(hào)不同而有所差異。48V輸入電壓經(jīng)由 T的初級(jí)由場(chǎng)效應(yīng)管 Q斬波和高頻開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)降壓得到高頻矩形電壓，經(jīng)肖特基二極管D整流后，再經(jīng)C2濾波，輸出需要的直流電壓。IC又稱為調(diào)寬波發(fā)生器，它是模塊電源的核心，它將光耦送來(lái)的反饋信號(hào)與芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)信號(hào)比較分析后，輸出寬度可調(diào)但頻率為定值的PWM脈沖到場(chǎng)效應(yīng)管柵極，以便調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓。例如，由于某種原因使輸出電壓升高時(shí)，IC就減少驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比，使得斬波后的平均電壓下降，導(dǎo)致輸出電壓下降，反之亦然。C1為定時(shí)電容，用以控制IC7腳鋸齒波波形。

二、PAC模塊電源修理探討

    對(duì)PAC模塊電源進(jìn)行元件級(jí)修理，是一項(xiàng)細(xì)致而又慎密的工作，不能有半點(diǎn)馬虎和懈怠。

    首先，應(yīng)對(duì)所修模塊電源有一個(gè)總體的理性認(rèn)識(shí)，了解所檢修的電路應(yīng)用的IC 型號(hào)、組成形式以及大致方框圖。對(duì)重點(diǎn)懷疑的局部電路，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際印板電路將其核心電路繪出，尤其是對(duì)雙面印制板電路，測(cè)繪電路一定要認(rèn)真仔細(xì)，否則會(huì)對(duì)下一步分析故障帶來(lái)麻煩。有條件的用戶，也可將整個(gè)PAC模塊電源印制板上較大元件暫時(shí)拆除后，將印制板用掃描儀輸入電腦，借助PHOTOSHOP圖形編輯軟件進(jìn)行電路分析，可收到事半功倍的效果。

    在修理實(shí)踐中，應(yīng)注意下列幾個(gè)問(wèn)題：

     （1）PAC模塊電源大都采用導(dǎo)熱硅橡膠固封，在修理時(shí)，不可避免地要對(duì)導(dǎo)熱硅橡膠實(shí)施剝離。鑒于膠體在模塊中固定元件、導(dǎo)熱、防止元件氧化和漏電的獨(dú)特用途，因此，我們不必對(duì)全部電路所覆蓋的肢體進(jìn)行整體剝離，只要將所懷疑的局部電路上覆蓋的膠體剝離即可，以盡量使修復(fù)后的模塊保持原有的技術(shù)指標(biāo)。 導(dǎo)熱硅橡膠分透明和非透明兩種。在剝離非透明膠體時(shí)，由于看不到膠體所掩蓋的元件，極易傷及片狀元件表面。而任何輕微的表面劃痕都將導(dǎo)致片狀電容、電阻損壞，所以操作要十分仔細(xì)小心。筆者在修理幾塊PAC模塊電源時(shí)，就發(fā)現(xiàn)因前修理者在剝離PAC模塊電源導(dǎo)熱硅橡膠時(shí)不慎將印板中的元件多處劃掉劃碎，而使那些模塊真正成了一次性使用部件。

    （2）PAC模塊電源的核心元件IC型號(hào)有許多種，單端驅(qū)動(dòng)的常見(jiàn)IC主要有：UC38 42、UC3845、TEA2018、pPC1094，IC的封裝形式常見(jiàn)為DIP型和LCC型。在單端驅(qū)動(dòng)的 PAC模塊電源中，也有利用雙端驅(qū)動(dòng)芯片組成單端驅(qū)動(dòng)形式作為電路配置的。驅(qū)動(dòng)芯片 IC各腳功能及極限參數(shù)大多可在有關(guān)技術(shù)資料中查閱到，在此不作贅述。 修理時(shí)如遇到不熟識(shí)或擦去字標(biāo)的IC時(shí)（在維修進(jìn)口設(shè)備PAC模塊電源時(shí)經(jīng)常遇到），切勿畏難急躁，應(yīng)冷靜分析并配合先進(jìn)的儀器檢測(cè)手段，找出驅(qū)動(dòng)芯片的電源腳、反饋腳、PWM輸出腳、定時(shí)腳（頻率設(shè)定腳）、基準(zhǔn)電壓腳、保護(hù)功能輸人腳和狀態(tài)轉(zhuǎn)換腳等功能腳，并仔細(xì)核查、分析IC相關(guān)元件的工作情況，修理工作一般都能奏效。維修實(shí)踐表明，PAC模塊電源發(fā)生故障，IC損壞率很小，大多是外圍元件或功率元件出問(wèn)題。鑒于此，沒(méi)有十分把握，輕易不要拆卸IC芯片，以免人為將故障擴(kuò)大化。

    （3）同一型號(hào)的IC用于不同廠家生產(chǎn)的PAC模塊電源時(shí)，電路配置大都是不一樣的。同類PAC模塊電源出現(xiàn)相同故障現(xiàn)象而故障源可能大相徑庭。例如：在用UC3845芯片裝配的模塊電源中，輸入IC②腳的反饋信號(hào)可以取自IC電源供給①腳，也可通過(guò)光耦VD將高頻開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)輸出電壓送入IC②腳。因此，在發(fā)生輸出電壓不穩(wěn)定故障時(shí)，判斷故障源的思路是不一樣的。同理，IC過(guò)流檢測(cè)③腳可以通過(guò)一電阻接到開(kāi)關(guān)電源場(chǎng)效應(yīng)管源極電流取樣電阻上，實(shí)現(xiàn)模塊電源單一功能的電流保護(hù)，又可利用 “非”門(mén)運(yùn)算放大器芯片設(shè)立一組采樣放大電路，將IC③腳接入采樣放大器的“或” 門(mén)輸出端，以實(shí)現(xiàn)過(guò)流、過(guò)壓、超溫升報(bào)警保護(hù)功能。所以，在實(shí)施對(duì)整個(gè)電路檢測(cè)和故障分析以前，應(yīng)注意各元件的分布、IC各關(guān)鍵引腳信號(hào)的走向，切實(shí)掌握電路的實(shí)際配置情況。

    （4）電源模塊中的功率器件散熱問(wèn)題不可忽視。如功率場(chǎng)效應(yīng)管、TO－220封裝的肖持基二極管在模塊電源電路中的物理位置都是通過(guò)熱耦合硅脂和具有屏蔽和散熱雙重功能的外殼緊密接觸來(lái)散熱的。

    上述元件損壞換裝時(shí)，要嚴(yán)格按原方位裝人，在整個(gè)PAC模塊電源板修復(fù)后裝人外殼的過(guò)程中，一定要反復(fù)核查器件工作時(shí)熱傳導(dǎo)途徑有無(wú)阻礙，盡量做到萬(wàn)元一失。此步驟如稍有疏忽，必將埋下后患，以致PAC模塊電源修復(fù)后在使用過(guò)程中屢屢發(fā)生所更換的元件損壞，使模塊出現(xiàn)故障。

三、PAC模塊電源故障檢修實(shí)例

    ［例1］故障現(xiàn)象南韓 SB－ 100PAC模塊電源無(wú)電壓輸出。

    分析與檢修查模塊保險(xiǎn)絲完好完損。分解模塊銅金后，發(fā)規(guī)模塊同電路空間全部用灰色硅橡膠填滿，無(wú)法觀察電路全部配置。用鋼鋸條制作幾把適用剔刀，沿元件面將膠體仔細(xì)剔除。全部膠體剔除后，模塊電源的元件配置全部顯現(xiàn)出來(lái)。主要核心元件為一塊LCC封裝無(wú)字標(biāo)IC，該IC頂部為一鍍金鋼片錢(qián)裝，十分精致。經(jīng)考證確認(rèn)此芯片應(yīng)為PWM開(kāi)關(guān)脈沖發(fā)生器。加48V電壓后，查無(wú)字標(biāo)IC16根引腳都無(wú)電壓，明顯異常。為便于分析，循印板而將其局部電路畫(huà)出。 IC②腳為電源腳，③腳和②腳為PWM驅(qū)動(dòng)脈沖輸出腳。至此查找故障，已變得有跡可尋。查IC③腳電壓為零，查R2兩端電壓為48V，再查，發(fā)現(xiàn)R2開(kāi)路。將R2置換新件后，R2兩端電壓仍為48V。查C1和D1無(wú)問(wèn)題。在路測(cè)試IC＠腳對(duì)地正反向電阻為12 Ω（用500型RΩ×1Ω量程），確認(rèn)IC損壞。通常情況下，PAC模塊電源中無(wú)字標(biāo)主控芯片損壞后，該模塊電源的修復(fù)是十分困難的。但筆者在對(duì)照印板電路實(shí)際測(cè)繪局部圖紙時(shí)，發(fā)現(xiàn)此無(wú)字標(biāo)IC各功能腳排列似乎和常見(jiàn)的DIP－16封裝形式的TL494脈寬控制芯片務(wù)功能腳排列順序相仿，立即查找TL494資料，發(fā)現(xiàn)與猜測(cè)完全相同。于是，在PAC模塊電源屏蔽盒內(nèi)選一合適空間，用膠將TL494芯片字標(biāo)面和屏蔽盒框固定后，用細(xì)軟線將TL494各功能腳和原芯片各功能腳相應(yīng)焊盤(pán)加接后，加48V電壓，PAC模塊電源工作一切正常。 修復(fù)后的PAC模塊電源，由于元件內(nèi)部空間剔除了導(dǎo)熱硅橡膠，模塊電源整體熱阻指標(biāo)可能有所下降，但實(shí)踐證明，原指標(biāo)設(shè)計(jì)有余量，修復(fù)后即使不再填充導(dǎo)熱膠體的PAC模塊電源也可以長(zhǎng)時(shí)間正常工作。

    ［例 2］故障現(xiàn)象 BM－2078PAC模塊電源時(shí)而輸出正常，時(shí)而無(wú)輸出，時(shí)而有輸出但不穩(wěn)壓。

    分析與檢修該P(yáng)AC模塊電源富內(nèi)系透明膠體封裝，在將底部盒蓋取下后，可直接觀察電路內(nèi)共有2塊芯片。芯片頂部字標(biāo)全部打磨掉。其中一塊為DIP一出封裝，另一塊為8腳貼片封裝。從電路配置情況看，DIP－16封裝芯片肯定是PWM脈沖驅(qū)動(dòng)IC，另一塊IC可能為放大器，起各類反饋和保護(hù)信號(hào)放大等作用。 利用模塊有時(shí)可正常工作的有利時(shí)機(jī)，測(cè)試其正常工作時(shí)主控芯片各腳波形，發(fā)現(xiàn)芯片⑿腳為PWM調(diào)寬波輸出腳，⑦腳為鋸齒波形成腳，又稱電容定時(shí)腳。正常工作時(shí)，實(shí)測(cè)頻率約為120kHZ。守候至PAC模塊電源輸出異常時(shí)，立即用雙蹤示波器同時(shí)觀察⑿腳PWM輸出波形和⑦腳走時(shí)鋸齒波形，發(fā)現(xiàn)⑿腳PWM波形占空比無(wú)規(guī)律地發(fā)生大幅度變化的同時(shí)，⑦腳鋸齒波的周期和幅值也相應(yīng)發(fā)生變化。根據(jù)因果關(guān)系確認(rèn)芯片的PWM驅(qū)動(dòng)⑿腳輸出不正常，是源于⑦腳產(chǎn)生的鋸齒波就已失常。將⑦腳的片狀電容C 拆下，測(cè)量?jī)啥撕翢o(wú)漏電。考慮可能在拆焊過(guò)程中，由于格鐵頭加熱效應(yīng)而將故障掩蓋，用電容表測(cè)其電容值約1089pF，干脆將1只普通小型1000pF電容焊人原C位置，加電后，PAC模塊電源工作恢復(fù)正常。 順便提及一點(diǎn)，此例故障，如不借助于雙蹤示波器檢測(cè)，排除起來(lái)是相當(dāng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的。

    ［例 3］故障現(xiàn)象北京積慧 PAC模塊電源由于一次電源48V異常升高，導(dǎo)致正常工作中的模塊電源輸入端2A熔絲燒斷。之后用一支5A熔絲接入后加電，只聽(tīng)模塊盒內(nèi) “啪”一聲響，熔絲再次燒斷。

    分析與檢修將模塊電源屏蔽銅盒拆開(kāi)后，富內(nèi)電路無(wú)導(dǎo)熱硅橡膠填充，給檢修帶來(lái)很大方便。只見(jiàn)功率場(chǎng)效應(yīng)管本身已炸裂，置換新件后，模塊電源仍無(wú)法工作。細(xì)查模塊內(nèi)主控芯片UC3845電源腳電壓值僅為2.5V，其它腳電壓值都為零，在細(xì)致檢查 UC3845芯片外圍元件無(wú)問(wèn)題后，將UC3845換新后，模塊電源工作正常。

                                                                               作者：石金剛